時間：2022-06-09 22:04:44
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械優化設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
作者簡介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學機械與材料學院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學機械與材料學院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0104-01
雙語教學不僅在美國、加拿大、盧森堡、新西蘭等雙語國家或多語國家獲得了成功，而且在俄羅斯、日本、澳大利亞、保加利亞、匈牙利等單語國家實施也獲得了良好的效果。反思國內的雙語教學情況，雖然英語教師非常努力地教，學生也非常認真地學，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國內一些211和985重點院校（如浙江大學、北京大學等）的雙語教學工作開展順利，已在雙語教學教材、師資隊伍建設以及教學內容和教學方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機械工程類雙語教學工作進展十分緩慢，尤其是針對本科生開設的“機械優化設計”雙語教學在教學內容與體系、英語教學環境、教學隊伍建設、考核方式等方面嚴重不足，其主要原因是學生英語基礎差、自學能力較弱，“機械優化設計”雙語教學師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點院校的機械工程類雙語教學模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機械優化設計”雙語教學模式極為重要。
一、“機械優化設計”雙語課程現狀
“機械優化設計”是一門把機械設計與優化設計理論及方法相結合、實踐性很強的課程，而雙語教學主要是指教師采用英語或第二語言進行課堂教學。但如何有系統有組織地開展符合三峽大學（以下簡稱“我校”）特點的“機械優化設計”雙語教學，如何處理教材的問題、如何在學時數原本緊張的前提下開展雙語教學、雙語教學方法和教學手段該如何改進、如何建立雙語教學考核體系、如何提高學生的學習興趣等等，這些都是在開展“機械優化設計”雙語教學時所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經開設了機械優化設計雙語課程教學，但大學生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達到能真正像漢語一樣熟練地運用英語教學的地步，這使得雙語教學在“機械優化設計”課程中的研究與實踐中碰到以下問題：[4-6]
1.雙語教學效果差
目前國內英語教育主要以應試為目標，大學生的英語聽說能力普遍較弱。“機械優化設計”雙語教學中涉及許多專業詞匯和復雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學生既無興趣，又感到難以接受，無法準確理解該課程專業知識。
2.教學內容單一
我校該課程雙語教學的對象是機械制造及其自動化專業三年級學生，他們雖然已具備一定的數理基礎，但許多同學依然對機械優化設計過程和內容無法真正理解，甚至產生厭學情緒。這就要求雙語教師在進行教學內容的設計時應更加豐富多彩。
3.教學方法問題
在進行“機械優化設計”雙語教學時，若還是采用傳統的滿堂灌教學模式，課程本身的難度和英語的聽力障礙將會導致教學效果不理想。而國際上知名大學多數采取的是引導式、啟發式、互動式相結合的教學方法，后者更為有效，與“機械優化設計”雙語課程教學相適應。
二、雙語教學方法的改革與實踐
依據機械工程類專業的特殊性，應從以下幾方面進行改革和實踐：
1.科學合理選擇教學內容
考慮到我校機械制造及其自動化專業本科教學培養方案的特點及人才培養需要，對“機械優化設計”雙語教學課程內容進行科學設計，主要包括以下教學內容：緒論（介紹機械優化設計的基本概念與發展趨勢）；優化設計方法的數學基礎（介紹矩陣運算和微積分的基礎知識，凸集、凸函數與凸規劃的基本理論）；常用的優化設計方法（介紹一維搜索方法、基于導數的優化方法和非導數優化方法等，包括智能優化方法）；約束優化問題的處理；多目標優化方法和優化設計結果的靈敏度分析技術；MATLAB在機械優化設計實例中的應用。這要求學生一方面掌握優化設計基礎理論，另一方面應學會運用大型通用優化設計工具軟件解決實際工程問題，真正做到學以致用。此外，在雙語教學過程中，應安排大學生講述自己完成機械優化設計過程，以提高大學生英語表達能力，并達到相互啟發的作用。
2.努力營造英文教學環境，提高學生英語水平
作為教師，應認真備好每一堂課，板書、考試和作業批改中都要使用英語，采取全英語對學生進行提問，要求學生用英語回答，這樣有助于鍛煉學生的專業口語能力。同時，教師在給學生布置作業時，最好也是英語的，嚴格要求學生用英語完成，這樣有助于鍛煉學生的專業寫作能力，為將來可能地進一步深造學習奠定了堅實的論文撰寫基礎。實際上，教師在雙語教學活動中，除了布置一些該課程的課后英語作業外，還應當引導學生查找和閱讀與該課程相關的專業英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強學生的專業英語使用能力，而且還能培養該專業大三學生用英語思考的良好習慣，為將來的進一步學習和深造打下一定的基礎。
3.努力加強我校雙語師資隊伍建設
為了提高教師的英語水平，每年安排教師參加由我校國際交流學院主辦的暑期雅思培訓班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔任雙語教學課程。為了促進教師英文水平的穩步提高，以提升本校教師科研業務水平，學校定期派中青年教師出國交流學習，這勢必將會對雙語教學和師資隊伍建設有一個很大的促進和提升作用。
4.充分利用本校網絡教學平臺
三峽大學求索學堂為全校提供網絡教學服務，網絡教學平臺包括公共教學平臺、多媒體課件制作系統、網絡實時交互答疑系統。網絡公共教學平臺包括學生工作區、教師工作區、管理工作區三大部分，主要功能模塊有公告欄、答疑、討論區、在線自測、在線作業、下載區、資源等。多媒體課件制作系統提供輔助教師教學的多媒體課件制作平臺；網絡實時交互答疑系統是一個可以在網上傳遞五種不同模式的電子教學、實時協作和通信的平臺，提供網絡教學中的教學雙邊多媒體交互環境。充分利用本校求索學堂，可以促使教師和學生的溝通，同時還可以培養學生的知識獲取能力和自主學習能力。
5.對本校傳統的考核方式進行科學合理的改革
“機械優化設計”課程是機械設計制造及其自動化專業非常重要的一門專業基礎課，屬于專業必修課程，該課程考核方式過去經常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學生死記硬背優化公式，而忽略了利用該課程核心內容優化設計方法理論從工程上解決實際問題的能力，從而不能體現本校人才培養的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統考核方式進行了改革，主要分為以下三個部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學生對優化理論方法的理解和掌握程度；上機實驗考試成績（占40%）：重點考核學生運用計算機對優化方法的編程和實現能力；平時成績（占20%）：主要是考核學生平時表現和出勤情況。
該課程考核方式的改革，勢必將會促使學生更好地理解和掌握該課程的重難點內容，也會提高學生利用計算機編寫優化程序解決工程實際問題的能力，同時將會提高機械工程類本科生的綜合素質和能力，這也非常符合本校這種“高素質、強能力、應用型”的人才培養目標。
三、結論
雙語教學不但能夠提高學生的學習興趣，而且還可以提高教師和學生的雙語應用能力，對復合型人才的培養具有非常重要的意義。同時，在進行雙語教學的過程中，要根據本校教師的英文水平和學生的認知和接受程度，精心準備和設計教學手段，科學合理安排教學內容，科學而有效地使用評價方法，這樣不僅有助于學生及時了解和掌握本專業的前沿動態，還可以培養其直接閱讀經典、前沿外文資料的能力。本文在對“機械優化設計”課程雙語教學進行了多輪教學實踐的基礎上，對該課程雙語教學的背景、教學內容與體系、英語教學環境、師資隊伍建設、考核方式等問題進行了總結和改革，以期望對二本院校機械工程類“機械優化設計”課程雙語教學與改革有一定的促進作用。
參考文獻：
[1]廖迎春，樊后保，黃榮珍，等.本科院校雙語教學改革的思考及建議[J].科技信息，2010，（19）.
[2]張素芳.對高校雙語教學若干問題的探討[J].中國電力教育，
2007，（1）.
[3]劉卓夫，羅中明，李永波.雙語教學改革存在的問題與思考[J].黑龍江教育學院學報，2010，29（2）：62-64.
[4]孫靖民.機械優化設計[M].北京：機械工業出版社，2007.
關鍵詞：MATLAB 行星減速器 優化設計
Abstract: this paper researched optimum tool of MATLAB. The paper solves optimum design for planet speed reducer of construction machinery. Through a practical example, it is concluded that using MATLAB can availably solve optimum design for planet speed reducer.
Key word: MATLAB, planet speed reducer,optimum design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
工程機械是一種運行緩慢，體積大，承受的載荷也大的設備。它的行走驅動系統有兩種方案：一為高速方案，即用高速液壓馬達和齒輪減速器組合驅動；二是低速方案，即采用低速大扭矩液壓馬達驅動。后者可省去減速裝置，使機構大為簡化，但由于低速大扭矩液壓馬達的成本較高，維修困難，所以一般的工程機械都采用前者。又因行星減速器相對于其它類型的齒輪減速器具有較大減速比，所以工程機械的行駛系統驅動中多采用行星減速器實現減速增扭的目的。
1、MATLAB語言及優化設計簡介
MATLAB語言是由美國Mathworks公司開發的集科學計算、數據可視化和程序設計為一體的工程應用軟件，現已成為工程學科計算機輔助分析、設計、仿真以至教學等不可缺少的基礎軟件，它由MATLAB主包、Simulink組件以及功能各異的工具箱組成。MATLAB優化工具箱的應用包括：線性規劃和二次規劃，求函數的最大值和最小值，多目標優化，約束優化，離散動態規劃等，其簡潔的表達式、多種優化算法的任意選擇、對算法參數的自由設置，可使用戶方便地使用優化方法。[1]
通常多目標優化問題在求解時應作適當的處理，一種方法是將多目標優化問題重新構成一個新的函數，即評價函數，從而將多目標優化問題轉變為求評價函數的單目標優化問題，如線性加權和法，理想點法，目標達到法等。另一種是將多目標優化轉化為一系列單目標優化問題來求解，如分層序列法等。MATLAB優化工具箱采用改進的目標達到法使目標達到問題變為最大最小問題來獲取合適的目標函數值。
該論文中，行星減速器的設計就采用將多目標的優化問題轉化為單目標，多約束條件的優化問題。
2、行星減速器模型的建立
工程機械使用行星減速器的設計是一項較復雜的工作，一般采用經驗設計。經驗設計不僅對于一個新的企業很難進行設計，而且往往找到的不是最優方案。
2.1確定優化設計的目標函數
工程機械的體積較大，對其靈活運行帶來一定的影響，因此對行星減速器進行最優化設計時，取行星減速器最小重量為優化目標，不但可以減小行星減速器的重量，而且可以改善工程機械的靈活機動性、節約材料和降低成本。
行星減速器由太陽輪、行星輪、行星架和齒圈構成。由于太陽輪和全部行星輪的重量之和能影響和決定齒圈和整個機構的重量，由于太陽輪和全部行星輪的重量與它們的體積成正比，因此可選擇太陽輪和全部行星輪的體積為最優化設計的目標函數。
…………………（1）
式中： 為太陽輪的體積； 為行星輪的體積； 為行星輪的個數； 為太陽輪或行星輪模數； 為太陽輪或行星輪齒寬； 為太陽輪齒數； 為行星輪齒數。
2.2約束條件：
（1）傳動比條件[2]：
…………………（2）
式中： 為齒圈的齒數。
（2）為了使內外嚙合齒輪副強度接近相等，并提高外嚙合承載能力，應限制齒輪內外嚙合角在給定的范圍內，即：
…………………（3）
…………………（4）
式中： 、 為太陽輪和行星論、行星輪和齒圈的嚙合角。
（3）齒輪不發生根切的最少齒數為17，但太陽輪的齒數常小于規定的標準齒輪不根切最小齒數17，為保證不根切，太陽輪變位系數應滿足以下條件：
…………………（5）
式中： 太陽輪的最小變位系數
（4）各齒輪應滿足強度要求，即齒輪的齒面接觸強度和彎曲強度的安全系數均大于給定值，亦即
…………………（6）
…………………（7）
式中： 、 ——給定的齒輪接觸強度、彎曲強度安全系數；
、 ——各齒輪的接觸強度、彎曲強度的安全系數。
（5）為了保證傳動連續和平穩性，齒輪的重合度必須大于規定值，即
…………………（8）
…………………（9）
式中： 、 ——分別為太陽輪和行星輪、內齒圈與行星輪的重合度
（6）行星輪根圓直徑 不宜過小，以保證在行星輪內孔能安裝上符合壽命要求的滾動軸承，即
…………………（10）
式中： ——滾動軸承外徑 ;
m——齒輪的模數
（7）模數約束
…………………（11）
（8）齒寬約束
…………………（12）
（9）行星輪個數約束
…………………（13）
（10）變位系數的約束[3]
…………………（14）
…………………（15）
…………………（16）
式中： 、 、 分別為太陽輪、行星輪和齒圈的變位系數
通過以上分析，知以上建立的模型是一個具有7個設計變量，15個約束條件的單目標優化設計。
3、應用舉例：
某工程機械的輪邊減速器采用行星減速器，其具體要求為：轉速： ；功率： ；壽命：10a；工況：中等沖擊；日工作時間：14h；年工作天數300天；傳動比： ； ；精度：6級；太陽輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲氮滲碳；行星輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲碳淬碳；內齒輪為40Cr，熱處理為調質[4]。
經使用MATLAB程序優化設計后行星減速器的主要參數和采用常規設計的主要參數的比較，如表1。
表1使用MATLAB優化設計和常規設計的參數比較
4、結論
（1）利用MATLAB優化設計的行星減速器的體積比常規設計的少了12%。
（2）建立目標函數時只考慮太陽輪和行星輪的體積，對內齒圈和行星架的體積沒有考慮，這樣可以減小計算量和提高計算速度。但是也存在著相應的問題，目標函數中沒有將齒圈的強度考慮在內，會對設計的結果產生一定的影響。
參考文獻
[1]薛定宇，陳陽泉.基于matlab/simulink的系統仿真技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2002
[2]徐灝.機械設計手冊.[M]北京:機械工業出版社
[3]王永樂.機械優化設計基礎.[M]哈爾濱:黑龍江科學技術出版社
關鍵詞：種分槽，IMIG槳葉，優化設計
1前言
拜耳法生產氧化鋁的關鍵工序之一就是晶種分解，在種分槽內將鋁酸鈉溶液降溫并加入氫氧化鋁作為晶種進行攪拌，使其析出氫氧化鋁[1]。晶種分解過程對產品的產量、質量以及全廠的技術指標有著重大的影響。畢業論文，種分槽。
2槳葉簡介
晶種分解溶液為固液懸浮溶液，需借助攪拌器的作用，使固體顆粒均勻懸浮在液體中，要求懸浮物完全離開罐底并均勻懸浮起來，由于不能破壞晶種，所以攪拌轉速不能太大。目前分解槽的攪拌一般采用IMIG型多層攪拌的結構。IMIG槳葉內外漿在攪拌轉動時所形成內揚、外壓的作用，能讓晶種均勻懸浮在液體中且長時間不會沉淀[2]。畢業論文，種分槽。目前國內大部分氧化鋁分解槽攪拌都采用IMIG型攪拌。
3 優化改造
槳葉主要由輪轂、內漿和外漿三部分組成。以前采用的輪轂為鑄件，由于結構的不對稱性經常有鑄造缺陷。2006年以來通過對中鋁河南分公司九組種分槽現場運行情況的分析和對IMIG槳葉結構的不斷分析，得出一套適合該槳葉強度計算的方法。通過該方法分別對內槳葉和外槳葉進行優化設計，節省了材料，并對輪轂的結構進行的全面的改進，不僅縮短了制造工期，也大大節約了生產成本。
4槳葉強度的計算
為了保證攪拌過程能正常地運行，攪拌器必須有足夠的強度。攪拌器強度的計算主要是用來確定攪拌器槳葉的厚度。為了簡化計算首先對運行情況進行假設
a 外槳葉承擔該整層槳葉彎矩
b 設計過程中不考慮加強筋的作用，其造成的截面數據也不予以考慮
c 雙槳葉攪拌具有兩個完全一樣的對稱槳葉，其槳葉計算功率可看作均勻分配于兩個槳葉上，而作用在槳葉上的液體阻力使槳葉產生彎矩，其最大彎矩出現在內槳葉和輪轂的連接處。
4.1外槳葉筋板厚度的確定[3]
圖1為IMIG槳葉的受力簡圖。
圖1：IMIG槳葉的受力圖
公式中
在計算該斷面彎矩時需要找到槳葉上液體阻力的合力作用點。液體阻力合力的作用點x0大小可由下式計算。畢業論文，種分槽。
公式中
M1即是作用于x01處合力對槳葉根部的彎矩。外槳葉端部處斷面的彎矩計算應當是由下式求得。
θ是外漿葉和水平面的夾角
外槳葉的抗彎截面系數
外槳葉斷面處的彎曲應力，計算應力值應小于許用應力值。
4.2內槳葉管子壁厚的確定
內槳葉管軸抗彎截面模量
內槳葉所受的最大彎矩
內槳葉斷面處的彎曲應力，計算應力值應小于許用應力值。
4.3槳葉強度計算中的安全系數
在上述槳葉的強度計算中，沒有涉及到的因素還有不少，如液體的阻力的不均衡性、液體對槳葉的沖擊，槳葉后表面所受到的氣蝕作用等，這些因素都要影響槳葉的強度，所以單從彎曲應力來計算槳葉厚度可能還不夠安全。另外制造過程中出現的缺陷也應加以考慮。為了保證槳葉在操作中的安全，采用安全系數的辦法來處理這些問題。畢業論文，種分槽。根據槳葉的材料不同，制造工藝不同，槳葉強度計算的安全系數也不同，碳素鋼一般取n=3。畢業論文，種分槽。對于底層槳葉，考慮到底層槳葉對整個攪拌的重要性，以及生產過程一旦出現沉槽現象，因此設計底層槳葉時的彎矩應按照電機功率的50%作為液體阻力合力產生的彎矩。
在一般的產能大于40萬噸氧化鋁的設備中，種分槽直徑為14m。電機功率75KW，攪拌轉速4.8r/min.槳葉的直徑為8400mm。代入公式求得外槳葉的壁厚為16mm時完全滿足強度要求，內槳葉管軸壁厚為20也滿足強度要求。這樣從原來外槳葉24mm的壁厚，內槳葉管壁厚28mm變為現在的壁厚，一臺種分槽節省材料約3000Kg。
5連接槳葉用螺栓的計算
機械攪拌中槳葉和軸的聯接大部分都是通過螺栓連接的方式來滿足結構、制造、運輸、檢修維護、安裝等方面的要求。通過對IMIG在攪拌過程中流體作用的觀察得出槳葉的受力情況，以此來計算螺栓的強度。
將槳葉和軸的連接簡化為下面結構，如圖2所示：
圖2：載荷與螺栓的布置
5.1受力分析
5.2初定螺栓直徑
由上述公式計算出來的螺栓直徑大于16就滿足要求。考慮剛度及疲勞強度選用M24的螺栓連接。而原來槳葉和軸的連接采用的是M36的雙頭螺柱，一臺種分槽用在槳葉連接上的螺栓數量約為60個，所以僅此一項的優化就節約標準件上千元的費用。畢業論文，種分槽。
6.結束語
改造后的IMIG槳葉較改造前重量減輕，節約了設備的成本；結構更加合理、簡單化，使加工更容易，減輕了工人的勞動強度，同時縮短了加工時間，提高了生產效率，為公司創造了更大的效益。
參考文獻
[1]楊重愚.氧化鋁生產工藝學[M].北京：冶金工業出版社，1982.
[2]陳聰.氧化鋁生產設備[M].北京：冶金工業出版社，2006.
[3]陳志平,章序文,林興華等.攪拌與混合設備設計選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.
在高考填報志愿選擇專業時，很多考生和家長對機械設計制造及自動化專業就業前景如何的問題很關心。下面是由本站編輯為大家整理的“機械設計制造及自動化專業主要課程有哪些 就業前景如何”。
機械設計制造及自動化專業主要課程有哪些
主要課程：工程力學、機械設計基礎、電工與電子技術、微型計算機原理應用、機械工程材料、制造技術基礎。主要實踐性教學環節：包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等，一般應安排40周以上。
主要專業實驗：現代制造技術綜合實驗、測試與信息處理實驗。
專業選修課：機械動力學、軟件工程、網絡技術、多媒體技術及應用、數據庫原理及應用、機械創新設計、工業機器人基礎、機械故障診斷學、文獻檢索、專業外語、有限元方法、機械優化設計、工藝過程自動化、先進制造技術、特種加工、成組技術與CAPP、智能機械概論、微小機械概論、虛擬樣機技術、市場營銷學、在線檢測與控制、實用控制系統設計、數控機床與編程。
機械設計制造及自動化專業就業前景如何
機械設計制造及其自動化專業的學生們將來可以從事科技研發、運行管理、應用研究、銷售等機械制造領域的一些職位。該專業的學生們需要具備機械制造方面的一些基礎知識，學會運用專業知識解決實際工作中的一些相關問題。畢業生們可以參加到機械制造以及設計、機械、電氣、氣壓、液壓等控制設備的維修維護的一些工作中去，為我們國家的機械工程作出自己的貢獻。
機械設計制造及其自動化專業報考的學生中，男生占據了大部分。很多男生喜歡機械，該專業也是比較適合男生報考的，需要具備較強的動手能力。報考機械設計制造及其自動化專業的學生需要有一定的繪圖興趣，這個專業時常需要繪圖，要是沒有興趣的話，那將會感到乏味。除了要有一定的興趣之外，還要有創新的思維以及付出一定的努力，這樣才能在將來的工作中做到更好。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞：超大型平頭塔機；拉桿；優化設計；安裝
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.258
1 引言
根據建筑市場及工程機械發展趨勢，國內工程機械領軍企業重點著力于大型超大型平頭塔式起重機研制，進而提高產品競爭力。目前國內開發的大型超大型平頭塔式起重機雖然能夠滿足工作要求，但也存在自重大，穩定性差和安裝困難等缺點。
2 平衡臂拉桿仿真模型的建立
平衡臂拉桿端部通過銷軸與塔頭連接，尾部通過銷軸與平衡臂臂架連接，其主要作用是在塔機工作過程中，對塔頭和平衡臂臂架進行連接，從而平衡起吊重物時吊重的重量。
塔頭結構結構采用方鋼焊接主體結構，與平衡臂拉桿連接處設置銷軸耳板，從而通過銷軸與拉桿連接固定。在受力方向上主要是受水平拉力和Q直壓力。
平衡臂臂架主要采用工字鋼作為弦桿，利用圓鋼把弦桿焊接在一起，從而形成臂架結構。在平衡臂臂架尾部放置有平衡重來平衡掉起重臂及吊重的重量。由于平衡臂臂架端部是和塔頭通過銷軸進行鉸接連接，所以臂架必須要通過拉桿與塔頭進行連接，從而保持臂架的水平。
平衡臂拉桿采用圓鋼制造，在端部和尾部分別設計有銷軸耳板，從而完成和塔頭及平衡臂臂架的連接。
通過以上分析，利用Creo軟件建立平衡臂拉桿安裝系統仿真模型。
3 平衡臂拉桿安裝方式的分析
一般情況下，大型塔機平衡臂多為多臂節結構，臂節之間通常通過拉桿進行連接。大型塔機平衡臂結構一般如圖1 所示，包括平衡臂臂節以及平衡臂尾節，其中平衡臂臂節的下弦桿與平衡臂尾節相連接，平衡臂臂節的上弦桿與平衡臂尾節之間通過拉桿相連接，拉桿在與平衡臂臂節的上弦桿連接時，需要先借助外部設備（如汽車吊）通過吊耳將拉桿的端部抬高，然后緩慢放下使拉桿的銷軸孔與上弦桿的銷軸孔對正，才能安裝連接銷軸，使拉桿與平衡臂臂節的上弦桿連接。
安裝連接銷軸時，一般采用兩種方式對正銷軸孔，一是采用外部設備（如汽車吊）拉住拉桿，二是采用人工托舉方式舉起拉桿。采用第一種方法時，外部設備（如汽車吊）的使用費用較高，會增加成本，采用第二種方法時，人員容易疲勞，會導致安全事故。而且，以上兩種方法都不能保證拉桿安裝過程中的穩定，導致拉桿容易觸碰平衡臂其他結構造成損壞，同時對于大型的塔式起重機來說，拉桿重量更大，銷軸孔的對正也更加困難。
4 平衡臂拉桿安裝方式的優化設計
本研究旨在設計一種平衡臂拉桿安裝輔助機構（如圖1所示）方案，以解決現有技術中平衡臂拉桿行安裝時安裝難度大、成本高、銷軸安裝困難的問題。
本方案研究設計的平衡臂拉桿安裝輔助機構，安裝拆卸方便，在平衡臂拉桿安裝過程中，將平衡臂拉桿9至于U型槽3中，有效避免拉桿的擺動，防止與其他部件的碰撞損壞，便于安裝。
在拉桿銷軸1安裝過程中，通過液壓頂升裝置5的托舉作用，可以調節拉桿9端部銷軸孔2的高度，進而方便拉桿銷軸孔2和平衡臂上弦桿銷軸孔4的對正，方便拉桿固定銷軸1的安裝。
本方案不需使用外部設備（如汽車吊）提升拉桿9，減少了安裝費用；不需人工托舉拉桿9，避免了人員安全事故的發生。
由于拉桿安裝輔助機構的運用，避免了對塔機其他部件的損傷，延長了塔機的使用壽命。
5 結論
與現有安裝技術相比，優化設計后的安裝方案具有以下優點：
（1）安全可靠：本方案采用成熟的液壓缸技術，操作簡單安全，可靠性高。
（2）節省安裝費用，提升工作效率：該方案不需使用外部設備，有效降低安裝費用；同時極大的提升了銷軸孔的對正速度，大大提升了工作效率。
（3）檢修方便：本方案采用成熟的液壓技術，檢修方便。
參考文獻：
[1]起重機設計規范GB/T3811-2008[M].中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局，2009.
【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。
隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。
1.關于容量選擇
在變頻調速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。
各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。
因此，"配用電動機容量"一欄的準確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時，可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇，對于鼓風機和泵類負載，因屬于長期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。
2.傳動系統進行優化設計
交流異步電動機經變頻調速后，其有效轉矩和有效功率的范圍。配用變頻調速器時，必須根據生產機械的機械特性以及對調速范圍的要求等因素，對傳動系統進行優級化設計，優化設計的主要內容和大致方法如下：
2.1 確定電動機的最高運行頻率
（1）鼓風機和泵類負載，這類負載的阻轉矩TL與轉速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數），由此可知，如轉速超過額定轉速，負載的轉矩和功率將分別按平方律和立方律增加，因此，在一般情況下，不允許在額定頻率以上運行。
（2）一般情況下，各種機械的強度、振動以及耐磨性能等，都是以電動機轉速不超過3000r／min為前提設計的。因此，在沒有對機械重新進行設計的情況下，2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。
（3）當異步電機在額定頻率以上運行時，由于電源電壓是恒定的，其在調到fx時電磁轉矩Tx近乎和頻率調節比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時的轉矩）。因此，最高運行頻率不宜超過額定頻率
（4）異步電機在低頻下運行時，為了獲得足夠的轉矩，常需進行轉矩補償。而轉矩補償將使電機的磁路趨于飽和，從而增加附加損失，降低了效率，因此，只要情況許可，應尺可能地提高運行頻率的上限。
2.2 確定傳動系統的傳動比并校核電動機的容量
（1）鼓風機和泵類負載，一般均為直接驅動，不必考慮傳動比的問題。
（2）恒轉矩負載，首先，根據有效轉矩線以及所要求的頻率調節范圍，確定電機運行的最高頻率和最低頻率。
假設已經確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉矩相對值為tTL，則電動機的額定轉矩Tn=TL/qTL（TL負載轉矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調速器后，電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉速nDmax負載所需求的最高轉速nLmax之比。
（3）恒功率負載：和恒轉矩負載類似，首先根據有效功率線和頻率調節范圍，求出電動機運行頻率的上、下限。
同樣，在求出最高和最低運行頻率的同時，得到對應的功率相對值tPL，而電動機的額定功率PN≥PL／tPL（PL為負載要求功率）。
在設計恒功率負載時，應注意兩點：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當調整范圍較大時，盡量采用兩檔傳動比。因為當傳動比分成兩欄時，頻率范圍αf與αn轉速范圍之間的關系為 。可見，在轉速范圍相同的情況下，頻率范圍將大為減小，從而可減小電動機的容量。 轉貼于
負載的機械特性，因是恒功率負載，故曲線上任一點的橫坐標與縱坐標的乘積均相等，且與負載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部轉速都在額定頻率以下調節時的有效轉矩線，在這種情況下，所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明，所需電動機的容量比負載功率的On倍還要大，是很不經濟的。
⑴當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下，所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可見，所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。
⑵ 當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比為兩檔時的情形。這時，所需電機的容量PN1/2 PL。可見，對于恒功率負載，當αn>4時，這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動電阻
各種變頻調速器都允許外接制動電阻，加快制動速度，外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴，不易買到，自動配置時，其阻值與功率可如下決定：
直流電路的電壓值UP= ×380=53V；制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則，即Is≤IDN，故制動電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內通過電流的時間只有幾秒鐘，故其功率PR可按工其工作時的（1/10-1/8）選擇，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時，應注意將變頻調速器內部的制動電阻切除，如不能切除，則應適當加大Rs的值，以免出現制動電流過大的情形。
在外接制動電路時，為了避免燒毀變頻器內部的放電用大功率晶體管（GTR）有時也可以外接整個制動電器（即包括制動電阻和放電晶體管，這時，GTR應選取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。
參考文獻
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[關鍵詞]轉向系統，FSAE賽車，CATIA
中圖分類號：U469.696 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0400-01
FSAE方程式賽車設計應遵循《汽車設計》所提出的要求，但其結構，性能，設計要點又區別于民用汽車的轉向系統的，下面以寧遠車隊2015賽季賽車轉向系統為例，從理論數據初值確立，數據優化，三維建模，零件選材和加工工藝四個方面，對FSAE方程式賽車轉向系統的設計進行概述。
設計目標：①保證賽車在中高速過彎過程四輪最大限度的圍繞同一回轉中心運動，減少與地面的滑動摩擦，確保賽車行駛平順性。②轉向各零部件穩定牢靠，確保賽車行駛過程中不發生機械故障。③轉向靈敏，操作輕便。④方便進行實車調校，改善賽車的操縱穩定性。
一、理論數據初值確立
此部分數據主要包括：轉向梯形的選擇與布置，最小轉彎半徑，角傳動比，方向盤最大轉角，內外輪最大轉角，轉向齒條總長（即斷開點位置），齒條行程，齒條安裝高度，齒條偏距，齒輪基本參數（模數，齒數），橫拉桿長度，節臂長度與底角，萬向節夾角。
（1）根據轉向器在和轉向梯形相對于前軸的位置不同，有四種布置方式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前放，前置梯形。其中梯形的前置與后置是根據節臂相對于前軸的位置提出的。
（2）最小轉彎半徑，角傳動比，方向盤最大轉角為經驗選取值。根據襄陽賽道的特點，最小轉彎半徑一般為4--5m。寧遠5號賽車設定最小轉彎半徑3.8m。角傳動比一般為4：1--5：1，通常方向盤最大轉角在100到135度之間，對于車手操作較為適宜。轉角過小，會導致轉向沉重，過大則會影響轉向靈敏性，且較大轉向角度下車手會出現交叉手現象，這是應當避免的。
（3）內外輪轉角。根據理想阿克曼幾何可算出理論最大內外輪轉角。根據懸架參數可知軸距為1580mm，前輪距1230mm。
（4）轉向梯形參數。
賽車基本都采用的斷開式轉向梯形結構，齒輪齒條為中間輸入，兩端輸出結構。若知道齒條長度p，主銷間距k，節臂長m，底角μ1μ2，橫拉桿長n，齒條偏距e。則轉向梯形可唯一確定。C、D點，即斷開點，其位置可根據《汽車設計》中的三心定理初步確定。輪胎轉角與齒條行程關系也可由幾何關系確定。有寧遠5號賽車得出的相關數據如下：齒條長421.6mm，節臂78.5mm，梯形底角85°，橫拉桿桿長370mm，偏距74.3mm。需要指出的是，節臂越長，越有利于功能的實現，主要體現在后期的實體化后拉桿與節臂實體對轉角的影響。
二、數據優化
結合ADAMS優化進行動態仿真，能得到更為理想的參數。主要可用以下幾個方面進行。①穩態回轉――整個穩態轉的試驗過程需要測量的有方向盤轉角、汽車行駛軌跡、汽車前進速度、橫擺角速度、側向加速度、縱向加速度和車身側傾角的時間歷程曲線。②方向盤角階躍――汽車受轉向盤輸入干擾引起的穩態橫擺角速度增益，反應時間等。③蛇形仿真――汽車橫擺角速度響應、轉向盤轉角、車身側傾角、橫擺加速度等指標進行評價。④雙輪同向（反向）激振試驗――外傾，前束，主銷內傾角及橫向偏移距，主銷后傾角及后傾拖距，側傾中心高度，轉向角，懸架剛度，懸架側傾角剛度，側傾轉向系數。
三、三維建模
此過程是將各參數實體化的過程，建模過程務必要結合車架，懸架模型，確保符合規則，與其他組件進行模型總裝后不能發生靜態干涉。并可在模型中模擬車輪動態過程，避免潛在干涉的可能性。主要是橫拉桿，輪輞，叉臂，車架之間的干涉。零件的建模應本著耐用，精致，輕量化，便于加工，便于裝配的原則，不斷尋求更好的設計。
四、零件材料選擇與加工工藝
（2）快拆器。這是賽車必不可少的裝置，便于車手的快速拆卸方向盤，進出座艙。這一般為購買件，國內外都有很多優秀的產品可選。自行設計的快拆，在內外花鍵處可選用45鋼材質，其他部分采用普通鋁或優質鋁。
（3）轉向柱。轉向柱分為兩部分，一部分與快拆軸直接相連，因為兩者須進行焊接，所以材料多為鋼質空心軸，外徑根據轉向柱軸承設計，內徑應在壁厚滿足力學要求的情況下設計。另一部分連接萬向節或齒輪軸，這一部分在滿足抗扭剛度的下宜采用鋼管或鋁管，可減輕重量。
（4）萬向節。萬向節的選擇至關重要。其質量的好壞直接決定了整個車的轉向虛程。由于對精度要求較高，基本采用購買件。FSAE賽車多采用十字軸式萬向節，根據連接部分不同可分為滑塊連接和滾針軸承連接，從自由間隙上評價滾針軸承連接優于滑塊連接，但其承受扭矩相對較小。萬向節與轉向柱的連接方式，切忌選用簡單的過盈配合，可用螺紋與定銷結合的方式。如有必要可在兩者間加以焊接增強連接強度。
總結
FSAE方程式賽車的轉向系統將直接影響賽車的操縱穩定性與平順性以及安全性。所以從設計到實體的每個環節，都應牢牢守住三個原則：轉向牢靠，轉向靈敏，轉向輕便。同時應著眼整車，與其系統協同配合，能夠在實車過程方便調校，最大程度將整車性能發揮到極致。
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[關鍵詞]頂驅；30及40鉆機；優化設計
中圖分類號：TG333.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）20-0202-01
一、30及40鉆機應用頂驅的作用
頂驅可從井架上部空間直接旋轉鉆桿，沿專用導軌向下送進，完成鉆桿旋轉鉆進，循環鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。使用頂驅鉆井時，在起下鉆具的同時可循環鉆井液、轉動鉆具，有利于鉆井中井下復雜情況和事故的處理，對深井、特殊工藝井的鉆井施工非常有利。該系統顯著提高了鉆井作業的能力和效率，并已成為石油鉆井行業的標準產品。
近年來大慶油田采用30及40鉆機開發的水平井、大位移井、平臺井等特殊工藝井逐年增加，該類井如能使用頂驅，將大大提高鉆井效率和處理復雜的能力。
二、在30及40鉆機應用頂驅應具備的技術特性
1.安裝快捷
對于30及40小井架而言，打每口井的時間約為1個月左右，這樣就不能把時間過多的浪費在安裝頂驅過程中。傳統頂驅采用分段式導軌結構，安裝時需要一段一段提起，通過銷子人工進行連接，這種連接方式在惡劣工況下難以施工。
采用一體式折疊型導軌，安裝時只需將導軌提起，導軌受重力在鋼絲繩的作用下自動完成安裝，省時省力。
2.尺寸小重量輕
齒輪箱作為整個頂驅幾何位置的中心，它決定整個頂驅的徑向尺寸，常規齒輪箱的規格為1200×1250。如果頂驅的齒輪箱在保證強度的前提下，材料選用上一級材料，使它的大小縮小到80%左右，縮小后的尺寸為1100×1000，既可以減重又可以增大井架與頂驅之間的間隙。
軸向方面，頂驅裝置中的防噴器采用一體式，省去了自動式與手動式連接處的防松裝置，從而在長度上減小了1/10。采用小尺寸的管子處理系統，從而確保頂驅可使用常規水龍頭吊環。
3.主軸精確定位，便于水平井使用
針對水平井，頂驅采用先進的主軸旋轉精確定位技術，可通過人機對話界面，輸入主軸旋轉的角度，進行精確鉆進。
4.防碰高度規范要求
通過查看相關標準，“阻攔繩距天車梁下平面距離依據使用說明書或現場設備要求安裝”，見《石油鉆機現場安裝及檢驗》。在現場使用過程中，若不使用頂驅，阻攔繩安全距離一般為5-6m。在使用頂驅的情況下，50以上井架（凈空高度45m以上）阻攔繩安全距離可以到達5m。40井架（凈空高度A型42m，K型43m）阻攔繩安全距離一般為4m。30井架（凈空高度伸縮式33m，A型40-40.6m，K型41-42m）阻攔繩安全距離進一步受限，具體如下表所示。通過上述分析，在應用一體式游車的前提下，所有40井架以及30井架中的33m2根一柱的井架和伸縮式井架的防碰高度符合規定要求。
三、方便現場應用的一些優化設計
1.簡化管子處理系統，采用防濺保護接頭
傳統方鉆桿防濺閥存在著壽命短、通徑小、防濺效果不明顯等缺陷，DQ30/40BC-JR型頂驅采用了一種耐沖蝕、通徑大、防濺預緊力大、適用于頂驅的保護接頭，該保護接頭同時具備防止頂驅主機接頭段因斷裂、松脫等原因發生脫落現象的發生。
2.使用管路串聯保養點，簡化注油流程，方便現場保養
DQ30/40BC-JR型頂驅的滑車滑輪采用串聯結構，滑輪之間聯通液路，在注油時，只需注入一次油，便可實現滑輪的整體。
3.設計可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現場維修
DQ30/40BC-JR采用可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現場維修。
參考文獻
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一、選題意義:
1、理論意義:(1)學習模具設計的一般方法，了解和掌握常用模具整體設計、零部件的設計過程和計算方法，培養正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設計和計算的能力.
(2)綜合運用熱鍛模課程和其它有關選修課程的理論及生產實踐的知識去分析和解決模具設計問題，并使所學專業知識得到進一步鞏固和深化.
(3)通過計算和繪圖，學會運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料等，培養模具設計的基本技能
(4)可以掌握鍛造工藝，熟悉各種鍛造各種鍛造設備，熟悉掌握計算機操作以及了解deform軟件的應用，并具有機械設計及制造等綜合知識.
2、現實意義:隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，許多新技術，新工藝，新設備，新材料不斷涌現，進一步提高鍛件的性能指標;同時縮短了生產周期，降低了成本，使之在競爭中處于優勢地位.
鍛造是一種借助工具或模具在沖擊作用下加工金屬機械零件或零件毛坯的方法.鍛件的最大優勢是韌性高、纖維組織合理，件與件之間性能變化小;鍛件內部質量與加工歷史有關，不會被任何一種金屬加工工藝超過.
鍛件的優勢是由于金屬材料通過塑性變形后，消除了內部缺陷，如鍛(焊)合空洞，壓實疏松，打碎碳化物，非金屬夾雜并使之沿變形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均勻、細小的低倍和高倍組織.而鑄造工藝得到的鍛件，盡管能獲得較準確的尺寸和比鍛件更為復雜的形狀，但難以消除疏松、空洞、成分偏析、非金屬夾雜等缺陷;機械加工方法獲得的零件，尺寸精度較高，表面光滑，但金屬內部流線往往被切斷，容易造成應力腐蝕，承載拉壓交變應力的能力較差.
這幾年，我國火車不斷提速，動車、高鐵相繼投入運營，這也代表著以后的發展方向，這要求我們必須保證火車導軌的安全可靠行，為保證高速列車運行的平穩性和旅客的舒適性，高速鐵路的平順性是很重要的指標，國外高速鐵路采用斷面尺寸公差和平直度要求很高的長定尺鋼軌并焊接成超長無縫線路.接頭作為連接導軌的關鍵部件起著至關重要的作用.
模具制造技術現代化是模具工業發展的基礎，性能良好的鍛造設備是提高鍛造生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的鍛模模需要高精度高自動化的鍛造設備相匹配.為了滿足大批量高速生產的需要，目前鍛造設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發展，加之機械手乃至機器人的大量使用，使鍛造生產效率得到大幅度的提高，各式各樣的鍛造自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用.
二、課題關鍵問題及難點
本課題以鍛造工序的數目確定、預成形設計為重點，對比不同形狀預制坯的成形過程，給出了合理的制坯工序布排和設計，實現了一火鍛造.同時，開發了封閉飛邊閉式鍛造預鍛工序，提高了材料利用率.最后，對鍛造過程進行了三維有限元模擬，在40mn熱模鍛壓力機上進行了試驗和試生產，模擬和試驗結果證明鍛造設計符合生產要求.該鍛件形狀復雜，材料分布非常不均勻，其鍛造工序編排和模具設計難度更大.
本課題的難點在于應用三維繪圖軟件和deform軟件對其進行應力應變分析，通過軟件規范初設數據并反復進行修改，直到得到最優的設計方案..
三、調研報告(或文獻綜述)
我國的經濟體制發生了根本的變化，由過去的計劃經濟過度到現在的市場經濟.鍛壓生產雖然生產效率高，節約原材料和機械加工工時;但生產周期較長，成本較高，處于不利的競爭地位.鑄造、焊接、機械加工豆加入了競爭.鍛造生產要跟上當代科學技術的發展，需不斷改進技術，采用新工藝、新技術，進一步提高鍛件的性能指標;同時要縮短生產周期，降低成本，使之在競爭中處于優勢地位.模具的技術水平明顯有了提高，一些國產優質模具的性能已接近國外同類產品的先進水平，但由于我國起步晚，許多模具不得不依賴進口，與發達國家相比差距還非常大.
當代科學技術的發展對鍛壓技術本身的完善和發展有著重大的影響，這主要表現在一下幾個方面:
1. 對機械零件的性能要求更高.現代交通工具如汽車、飛機、機車的速度越來越高，負荷越來越大.出更換強度更高的材料外，研究和開發新的鍛造技術.挖掘原有材料的潛力也是一條出路.
2 .模具計算輔助設計、制造與分析(cad/cam/cae)的研究和應用將極大地提高模具制造效率，提高模具質量，使模具設計與制造技術實現一體化.
3. 模具的標準化、商品化、機械化及專業化自動生產.
4. 工藝分析計算的現代化.它將與現代數學、計算機技術聯姻，對加工零件進行計算機模擬和有限元分析，達到預測某一工藝方案對零件成形的可能性與成形過程中可能會發生的問題，供設計人員修改和選擇.
目前鍛造業面臨的問題大概可以歸納為一下幾個方面:
1.裝備水平低，其主要表現是設備老化、精確度低.
2.管理體制亟待理順，生產廠點過多，力量分散.
3.機械制造廠家封閉式經營生產，是產品缺乏競爭力.
4.科學研究投入少，接受新技術新工藝遲緩，其結果導致搞科研也搞生產，生產廠家的問題無人去解決.
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五、研究內容及確定方案各步驟
1、研究內容:
(1)模具整體方案設計，包括零件的工藝分析、設計繪制鍛件圖、模具類型的確定、確定變形工步及中間坯料尺寸，壓力中心計算、壓力機選擇、計算原坯料尺寸的確定等;
(2)模具整裝配圖和模具主要零件的設計;
(3)編寫設計畢業論文
2、基本設計方案
本零件是屬于大型鍛件，首先根據相關尺寸確定其鍛造工步，通過計算/r以及h/d的相關數值， 基本步驟設計如下:
1、計算毛坯尺寸
2、選擇成型設備及其參數
3、用deform模擬軟件進行有限元模擬并分析缺陷并加以改進
4、模具工作部分尺寸的計算
5、模具的總體設計
6、下料
7、加熱
8、彎曲
9、預鍛
10、終鍛
11、切邊
六、進度安排
第5-6周 畢業實習，撰寫實習報告
第7-8周 寫出不少于3000字的文獻綜述;根據參考文獻和課題要求，提出自己擬定的可行方案;
第9-10周 寫出開題報告，開題;進行總體設計
第11-12周 外文文獻翻譯，完成詳細方案設計
第13-14周 完成結構優化設計
關鍵詞：電子秤、荷重元、ADAMS。
一、電子秤的介紹
1.1 電子秤的概述
利用作用于物體上的重力來測量該物體質量（重量）的計量儀器，稱為秤；裝有電子裝置的秤為電子秤。
電子秤是由精密的感測組件和微電腦電路所組成。秤重物品經由裝在機構上的重量傳感器，將重力轉換為電壓或電流的類比訊號，經放大及濾波處理后由A/D處理器轉換為數位訊號，數位訊號由中央處理器運算處理，而周邊所須要的功能及各種接口電路也和中央處理器連接應用，最后由顯示屏幕以數字方式顯示，如圖1所示。
1.2 電子秤的歸類
磅秤依原理分為電子式、機械式、機電結合等等，以下僅就電子式功能分別說明：
（1）電子秤-計數秤：藉由總重除以單重而換算成總數量（計數秤可以藉由取樣動作求取單重），節省人力及時間。主要用于：電子、塑料射出、倉庫盤點、電鍍、金屬加工等方面，如圖2所示。
（2）電子秤-計重秤：單純的讀取重量值（有的機型更具有簡易計數功能），主要用于：家庭、倉儲、貨運、化工、印刷、倉管、紡織、食品加工、油漆業等方面。
（3）電子秤-計價秤：藉由總重乘以單價而換算成總價，商業交易用，一般商店或市場皆可看到。常用于：中藥材、市場、攤販、超市、食品加工。
（4）電子秤-精密天平：需要精確的秤重，通常感量為小數1位～5位（0.1g-0.01mg），最大秤量不超過60公斤，主要常見于紡織、染整、制藥、食品、塑化、理化實驗室、珠寶業及精密計數用。
（5）電子秤-吊秤：用懸吊方式秤取重量，一般搭配吊車使用為主，常見使用于金屬業、電線電纜、屠宰場等地方。
（6）電子秤-小地磅：大型貨品秤重，秤重范圍約在500公斤到10噸，主要用于：金屬加工、電線電纜、化工、貨運等場所。
二、分析
2.1荷重元自由振動分析
三、計算機仿真分析
3.1ADAMS簡介
計算機輔助設計與制造已經是在現代化產業中的主流趨勢，在設計的初期可快速變更修改其設計的產品，以減少設計者的時間與負擔，更可以利用虛擬分析的方式來評估其成品所生產出來的結果，藉此達到優化的產品之設計。在本論文中所使用的ADAMS為一套高階機構模擬分析軟體，且為全世界占有率超過70%的機構軟件。主要分為前處理器、后處理器與處理器三個部分所組成，分別用來建構與設定系統組件，呈現分析結果與執行分析運算。這套軟件可以直接建構虛擬模型，也可以由其它軟件（如ANSYS、IDEAS、SOLIDWORKS…等）中匯入。
并可精確計算出任何復雜的機構運動、動力學等之線性與非線以及具有多樣化且齊全的分析功能。另外使用者可以快速、方便地建立完全參數化的機械系統和幾何模型。不僅如此，還可以改變已設定之材料特性、相關位置、計算動力裝置與承載機構的負荷、優化之工作循環、優化運動軌跡、判定是否會發生干涉或碰撞及確保精確之定位。因此，利用軟件仿真電子秤實際受力的情形，來分析電子秤受不同負荷所產生的位移即是本論文之主軸。
為了驗證理論分析結果，本研究利用虛擬機構模型建構系統（SolidWorks）來建立仿真分析之三維實體模型，而實體模型與實物之尺寸及材料特性愈接近時，其模擬分析結果會愈正確。最后利用高階機構動態仿真分析軟件內建之匯入功能將擴展名為*.x_t的檔案匯入，然后在幾何模型上施加外力和運動模式，以提供作動態仿真分析，再做優化的設計，如圖7所式為本論文之計算機仿真流程圖。
3.2ADAMS模塊簡介
透過ADAMS/Exchanger模塊，利用IGES、STEP、STL、DWG/DXF等，資料交換庫的標準文件格式完成與其他CAD/CAM/CAE軟件之間資料庫的雙向傳輸。當用戶將在CAD/CAM/CAE軟件中建立的模型匯入時，自動將圖形文件轉換成一組包含外形、標志和曲線的圖形要件，通過控制傳輸實的精度，可得到較精確的幾何形。依前處理器、處理器、后處理器可對應到三個基本模塊，分述如下：
3.2.1圖形接口模塊（ADAMS/View）
主要提供模型建構、函數建構器、客戶化接口設計、動畫控制及輸出、實驗設計及優化設計。更提供了下列功能：
（1）幾何圖形庫：采用（Parasolid）作為實體建模的核心，給使用者提供了豐富的零件。
（2）函數編輯器：支持布林運算、FORTRAN/77、FORTRAN/90中所有函數及獨有的240余種各類函數。
（3）基本接口：采用大眾所熟悉的基本接口包含（UNIX系統）和Windows接口（NT系統），提供了相對任意參考坐標系方便定位的功能，方便建模分析。
（4）資料庫：提供了猶如使用EXCEL一樣方便地編輯模型資料，可將模型參數化方便我們進行靈敏度分析和優化設計。
3.2.2求解程序模塊ADAMS/Solver：
是核心模塊之一，內含機械系統模型的動力學方程式，提供靜力學、運動學和動力學的計算結果且能對剛體和彈性體組成的柔性機械系統進行各種仿真分析。除了要求軟件輸出位移、速度、加速度和約束反力外，還可要求它輸出自己定義的資料，并支持C++、Fortran語言展現其強大的客制化功能。
3.2.3后處理模塊ADAMS/PostProcessor
用來展示及處理求解程序在分析完成后得到的基本系統模型運動及動力行為反應數據。展現各數據關系圖表、進階計算、統計分析、
頻域分析并可以動畫顯示真實感，此模塊亦可與其他控制或有限元素分析軟件進行資料交換，以整合后續回受控制或應力應變分析。
3.3組件模型建立
為了讓電子秤動態仿真分析結果越接近實際，本研究利用計算機輔助設計軟件來建立仿真分析時之三維實體模型，而實體模型與實務之尺寸及材料特性愈接近時，其模擬分析結果會愈正確。
其機械繪圖上功能相當齊全，可以建立與實體相當接近的模型，因此在軟件中依照實物尺寸建立秤盤、上支架、下支架及荷重元實體模型。并依電子秤機械結構分解，匯入高階機構動態仿真分析軟件中之完成模型圖。在圖形接口模塊中，以【File-Import】指令將在計算機輔助設計軟體中建好的秤盤、上支架、下支架及荷重元原型另存為*.x_t檔匯入后，并設定各個組件之材料特性與參數，依序建立下支架固定于地面，再以【Bushing】來仿真電子秤襯墊的彈性系數與阻尼系數，并作為上支架與下支架間的連接，然后秤盤固定于上支架之上，最后藉由標準化坐標施予外力與運動方式于秤盤上，即可進行模擬的運動情形，求得電子秤機械結構位移量之數據，并與相關實際數據比較討論，為電子秤機構仿真設定圖。
3.4模擬結果分析
四、結論與展望
4.1結論
由SoldWorks與ADAMS軟件建立且仿真電子秤受不同負荷之動態情形，最后將理論值與模擬值做分析比較，并可歸納成下列幾點：
1.系統面如果有阻尼項（c值）的存在，遇到外力的時候將會受力自由振動，直到新的平衡產生，其中受力自由振動的情況是不希望被產生的，于是阻尼項便擔任"吸能"的任務，負責將外力給予系統的能量盡量的吸收在最短的時間內達到新的平衡（也就是不再振動）。
2.系統面如果有彈簧系數項（k值）的存在，外力對彈簧所作的功即是彈力位能的變化量，故外力對彈簧所作的功，會增加或減少彈簧的彈力位能。
3.傅立葉級數的基本觀念即是以弦波函數來組成信號空間，每個周期函數都可利用弦波函數來組成。任一周期函數可以分解成許多不同振幅，不同頻率的正弦諧波與余弦諧波的合成。
4.2展望
關鍵詞：兩棲機器人；優化；仿真；動態分析
在現代戰爭中，水域作戰是海洋軍隊的一塊重要領域。在作戰中，經常遇到水障礙，目前通過水障礙的方法有很多，例如，在河上建立一座橋梁，或者浮渡，或者直接涉水過河等。其中浮渡是最有效的一種方式，通過浮渡，機械化部隊不需要花費太多時間成本和財物成本，甚至不需要考慮氣候條件，時間因素等。
作為浮渡的主要工具---水陸兩棲車輛，因其具有不可預測性與靈活性，作戰時，在一定程度上能起到決定性的作用。因此，在搶灘登陸戰中越來越受到廣泛的關注。近些年，很多國家都在研究水陸兩棲車輛，研究如何將水陸兩棲車輛更有效地投入到戰斗中使用。
目前，大多數水陸兩棲車在進入水中之后，輪胎懸掛在車底下，受到水的阻力，從而限制了兩棲車在水中的行駛速度。因此，如何消減輪胎對行駛速度的影響，成為水陸兩棲車輛的一大核心研究問題。針對這個問題，此論文設計了一個能將輪胎收回的機構。從而減少輪胎懸掛時對行進速度的影響。
一、水陸兩棲汽車輪胎收回機構的結構形式及其工作原理
如圖1.1所示，圖中43處連接輪胎，連接差速器6 把動力通過動力輸出裝置7傳給轉動軸10，然后帶動輪胎旋轉。動力源通過管29傳遞到液壓缸28，液壓缸28通過桿27將轉動傳遞到主傳動軸26，主傳動軸26兩端分別連接桿27及下支桿12，下支桿12一端通過銷釘連接到車體2上，另一端通過銷釘與支架16底端相連，支架16上端通過銷釘20與上支桿11相連，上支架11通過銷釘22與車體2相連。[1，2]
因此，當液壓缸輸出動力通過主傳動軸26帶動上下支桿將支架16抬起。從而起到把輪胎收回的目的。
為便于分析，先簡化模型，根據立體模型，利用ADAMS軟件創建一個同等功能的平面模型，以點5為原點，液壓缸初始位是豎直的，起到抬起作用的主要部件是支架2、上支桿3、下支桿8 及液壓缸4，之后添加約束，創建變量點。如圖1.2所示。由于變量點一要與液壓缸4保持豎直，所以其X值固定為-250。
車體參數：車重1500KG，載重 500KG，輪胎抬起高度500～700mm， 輪胎最高處傾斜角度450～600。
二、兩棲汽車輪胎收回機構的優化設計及分析
對模型進行運動學仿真分析，主要進行抬起試驗仿真。進行抬起試驗驗證所建立的模型是否正確并進行優化設計。根據仿真分析，得到最優化的尺寸。在本設計中，我們所要得到的是液壓缸所承受的最小力量，所以，測量部件就為液壓缸。設置好后利用ADAMS軟件進行模擬仿真，當仿真結束之后，能得出每一次仿真的受力曲線圖，如圖2.1所示，同時會得出一個列表，在該列表中能清晰反應出每次仿真時的最大受力及每個變量點的值，如圖2.2所示
該表也會綜合比較出所有仿真值中的最大值及最小值及各值所在的仿真次序。在此輪仿真中，最小受力是在第25次仿真中得出的，其值是3316.4N。查詢數據可知第25次仿真時各數值如下：
力值： 3316.4；DV_1： -126.00；DV_2： -270.00；DV_3： 165.00； DV_4： -517.00； DV_5： 81.000。
所以，取在第25次仿真得到的數值，即取變量點一的坐標為（-250，-126）；變量點二的坐標為（-270，165）；變量點三的坐標為（-517，81）。最終確定的結構系統如圖2.3
三、液壓缸的計算與選擇
計算液壓缸的主要結構尺寸
液壓缸主要設計參數見圖3.1，a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態，b為活塞桿工作在受拉狀態。
液壓缸的缸筒內徑D是根據負載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入的流量，經過計算之后，再從GB/T 2348―1993（見表3.1）標準中選取最近的標準值而得出D為63mm合適。
一般，液壓缸在受壓狀態下工作，其活塞面積為
A1=（F+ P2A2）/P1
運用上式須事先確定A1與A2的關系，或是活塞桿直徑d與活塞直徑D的關系，這個可按表3.2來選取d/D。再按表3.3圓整。
本設計選擇的工作壓力P=1.2MPa
即D=63mm d=32mm
液壓缸的行程則由上章中可知為 L=70-（-126）=196 mm
計算液壓缸工作時所需流量Q
Q=v×A=v×πD2/4=0.01×3.14×0.0632/4=0.0000312m3=31.2 ml
綜上，可選用型號為HSJ-63/32200 最大壓力為1.2MPa的液壓缸。[3，4]
結論與展望
如今虛擬樣機技術在主要的工業領域（通用機械、汽車、航空、機械電子等）得到了廣泛的運用，它融合了現代信息技術、先進仿真技術和先進制造技術，將這些技術應用于復雜系統全生命周期和全系統并對它們進行綜合管理，從系統的層面來分析復雜系統，支持由上至下的復雜系統開發模式，利用虛擬樣機代替物理樣機對產品進行創新設計測試和評估，以縮短產品開發周期，降低產品開發成本，改進產品設計質量，提高面向客戶與市場需要的能力。
本文仿真研究結果表明，運用虛擬樣機技術對水陸兩棲汽車輪胎收回機構進行動力學仿真分析可以很好的將機構的各種工況較為真實的反映出來，是一種可行的分析手段，同時也證明使用該項技術為水陸兩棲車的設計和實驗提供較重要的參考數據，可以大大縮短整機系統的設計周期，節約研制經費。
但是由于水陸兩棲車是處于一種新型的產品，雖然在德國有了這種產品，但由于所有真實數據尚處于軍事機密當中，該設計只是通過幾張實物照片及專利文獻來進行模仿研究設計，因此，本文可能會存在一些不足之處，期望有同行校正。
參考文獻
[1] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7027851B1[P]，2007.
[2] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7214112B2[P]，2007.
[3] 邱宣懷主編.機械設計.第4版. 北京：高等教育出版社，1997.
一、前言
當今世界上，汽車的噪聲和有害氣體的排放已成為汽車污染環境的首要問題。由于對生存環境的關心，人們力求降低汽車的噪聲，而發動機又是汽車最重要的噪聲源。因此，汽車發動機的低噪音化研究是很必要的。近年來，隨著計算機技術的飛速發展，在汽車產品開發方面，CAE技術已經大量應用。在零部件以及整車尚未制造出來時，使用C AE技術可以對它們的強度、可靠性以及各種特性進行計算分析，在計算機上進行“試驗”。
模態分析技術是現代機械產品結構設計、分析的基礎，是分析結構系統動態特性強有力的工具。計算模態分析可以預測產品的動態特性，為結構優化設計提供依據。模態分析是研究結構動力特性的一種方法，是系統辨別方法在工程振動領域中的應用。
二、模態分析基本理論
振動模態是彈性結構固有的、整體的特性，通過模態分析方法得到結構各階模態的主要特性，就可能預知結構在此頻段內，在外部或是內部各種振源作用下的實際振動響應，而且一旦通過模態分析知道模態參數并給予驗證，就可以將這些參數用于設計過程，優化系統動態性能。
模態分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，稱為是數值模態分析。結構模態分析是結構動態設計的核心，其目的是利用模態變換矩陣將耦合的復雜自由度系統解耦為一系列單自由度系統振動的線性疊加，為結構系統的振動特性分析，振動故障診斷與預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。
1.結構動力學方程
對一個線性多自由度系統，其動力學平衡方程可表示為：
2.結構的自由振動
由此，求解一個多自由度系統的固有頻率和振型的問題就歸結為求方程組（5）的特征值和特征向量問題。
由于一般情況下，有限元分析中系統的模型較大，且不需要提取全部模態，所以多選用迭代法求解，常用的方法有子空間迭代法（Subspace Method）和蘭索斯法（Block Lanczos Method）等。
子空間迭代法采用子空間迭代技術，它內部使用廣義的Jacobi算法，由于該法采用完整的[ K]和[M]矩陣，因此精度很高。適用于提取大模型的少數階模態（40階以下），且內存有限時。
蘭索斯法是用一組向量來實現蘭索斯法遞歸的，這種方法和子空間迭代法一樣精確，但速度更快。適用于提取大模型的多階模態（40階以上），但對內存要求高。
三、計算模態分析在發動機上的應用
計算模態分析的過程就是通過有限元軟件自動求解一個多自由度系統的特征值和特征向量，通過有限元軟件的后處理功能，將固有頻率和振型數字化和動態顯示。
目前，計算模態分析已經大量地應用在了發動機的開發過程中。其中一個主要功用就是分析結構的模態頻率與發動機共振頻率之間的關系。如果模態分析的結果顯示：結構的第一階模態頻率低于發動機的共振頻率，則結構必然會被發動機本身的激振力激勵從而產生共振。如果連接處進行相應的減震措施或者共振零部件的阻尼較大，則對零部件的壽命影響較小，否則將會產生失效現象。
某發動機在進行臺架試驗過程中，出現水泵螺栓斷裂現象，經過對水泵及其連接零部件進行的組合模態分析后發現，組合模態第一階頻率為237Hz，低于共振頻率要求的240H z，導致連接螺栓斷裂。然后分析模態陣型，發現第一階模態陣型為水泵組件向外擴展，向外擴展的陣型本身就容易使連接螺栓內部產生較大的剪切應力。而由于模態頻率處在共振范圍之內，導致剪切應力變大，最終使螺栓斷裂。通過在缸體與水泵之間增加一個連接支架，將整個組件的模態頻率提高到了301H z，避開共振頻率之后，螺栓斷裂的情況就消失了。
計算模態分析的另一個主要功用就是分析結構的模態頻率與發動機噪聲頻率之間的關系。
眾所周知，發動機的噪聲主要是燃燒噪聲和機械噪聲，而這兩種噪聲都是通過零部件的表面向外輻射的。而根據聲學理論可以知道，噪聲較大的位置必然集中在振動面積和振動速度同時很大的位置上。通過噪聲測試之后的頻譜分析可以確定噪聲最大的頻率范圍，再通過聲源定位確定輻射噪聲最大的零件，通過模態分析，可以計算得到零部件在這個頻率下的陣型，找到振動面積最大的位置，通過增加加強筋等手段，改變其頻率或者減少振動面積，從而達到降低噪聲的目的。
四、結語
本文從理論出發，闡述了計算模態分析在理論以及計算手段上已經趨于成熟的計算方法，同時簡述了計算模態分析與發動機振動和噪聲的相關性。本文同時確定了計算模態分析可以在發動機遇到振動和噪聲的問題的時候成為一種可靠的解決手段。
參考文獻
[1]方華.柴油機機體及油底殼低噪聲結構的數值模擬研究.吉林大學博士學位論文，2003.
[2] 倪振華.振動力學.西安交通大學出版設，1990.
[3] 楊慶佛.內燃機噪聲控制.山西人民出版設，1985.
